木薯废液的高温厌氧发酵过程开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1.1 引言

2006 年，国酒精产量 1/3 是以木薯为原料的，企业用木薯制酒精比用其它的粮食作物原料成本低，木薯产量大、淀粉含量高，耐贫瘠，投资少。该类废水含有大量的有机物及悬浮物，并且呈酸性，属酸性高浓度有机废水。想要大力发展木薯酒精工业，就要必须解决生物酒精生产废水利用治理问题 [1] 。对高浓度的有机废水，应先考虑采用厌氧生物法为去除有机物的主要手段 [2] 。近年来，对木薯酒精废水厌氧生化处理的研究逐渐增多。王凯军等 [3] 在消化温35~37 ℃时，采用 UASB 工艺处理木薯酒精废水，UASB 有机负荷（以 COD 计，下同）为 7 kgm -3 d -1 。徐富 [4] 等在前人研究基础上，采用UASB 反应器中温环境处理木薯酒精废水，将 UASB有机负荷提高到 25 kgm -3 d -1 。

1.2 木薯酒精废水水质

实验用的废水是来自广西壮族自治区某市某木薯酒精厂的木薯酒精废水，该废水 COD 浓度高，含有大量的悬浮物，并且呈酸性，属无毒有害酸性有机废水。废水水质如表 1 所示。

1.3实验装置，工艺流程以及过程，结果分析

反应区进行有机物的降解，出水经三相分离器实现气、液、固分离后由反应器顶部的出水口排出，实验过程所产生的沼气经洗气装置洗涤后排出。反应温度控制在(381)℃。部分出水经回流泵回流至反应器底部。实验过程分为污泥培养阶段、污泥驯化阶段、负荷提高阶段。实验采用连续进水的方式，整个实验过程进水流量为 5.2 L/d，水力停留时间为 32 h。UASB 反应器的启动采用逐步降低进水 pH 值、逐步提高进水的有机负荷的方式，进水 pH 值的下降分为 6.80~7.20，6.00~6.80、5.50~6.00、5.00~5.50、4.50~5.00 几个阶段，有机负荷每次提高的比例为 30%；每次降低进水 pH 值和提高有机负荷的前提是出水COD的去除率达到80%以上、出水 pH 值在 7.20 以上、出水 VFA 在 8 mmoml/L 以下。

1.3.1污泥培养阶段

污泥培养阶段主要采用人工废水对厌氧污泥进行培养。人工废水成份如表 2 所示，主要是容易降解的有机物如葡萄糖和有机酸，还有 N、P 微生物营养元素。培养期间用 NaHCO 3 调节进水 pH 值，使其保持在 6.80~7.20 之间，进水 COD 约为 1200 mg/L，共运行了 11 d。 如图 2 所示， 培养初期， COD 去除率不高，只有 50%~60%，随着培养时间的增长，COD 去除率逐渐升高， 达到 80%以上， 产气量也逐渐增高且稳定，出水 pH 值保持在 7.20 以上，没有出现酸化现象，可以进行驯化。

1.3.2污泥驯化阶段

共污泥驯化阶段采用经稀释的木薯酒精废水对厌氧污泥进行驯化。在驯化过程中逐步降低进水 pH 值，分为 6.80~7.20，6.00~6.80、5.50~6.00 几个阶段，同时逐步提高进水的有机负荷。 这个阶段采用出水回流，回流比为1:2。驯化阶段共运行了 37 d，进水 pH 值用NaHCO 3 调节， 由 7.52 下降到 5.48， 进水COD 由 1100现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2009, Vol.25, No.152mg/L 增加到 7200 mg/L，有机负荷由 0.83 kgm -3 d -1增加到 5.35 kgm -3 d -1 。 如图 3 所示， COD 去除率在驯化初期较低，只有 72%~77%，但随着驯化的进行，COD 去除率基本保持在 85%以上。驯化阶段后期，CH 4 产量达到 26 L/d， 产气率为 3.71 L/Ld。 这个阶段，虽然进水pH 值下降到 5.50 左右，但 UASB 依然能维持较高的碱度(1600 mg/L)，出水 pH 值保持在7.50~8.00 之间。UASB 反应器运行状况良好，出现明显的泥水分离，出水中携带少量污泥。

1.3.3负荷提高阶段

污泥驯化完成后，进入负荷提高及 pH 值下降阶段，这个阶段继续降低进水 pH 值和提高进水的有机负荷。这个阶段回流比为 1:2。共运行了 30 d。在负荷提高阶段运行至 15 d，当将进水 COD 增加到14110 mg/L、pH 值下降至 4.75 时，COD 去除率下降至 78%，出水 VFA 浓度为达到 9.28 mmol/L，为了防止酸化，将进水 COD 降至原来的 12000 mg/L。随着污泥的培养， 进水 pH 值由 5.48 下降到 4.51， COD 浓度由 7200 mg/L 增加高 14000 mg/L，有机负荷由 5.35kgm -3 d -1 增加到 10.54 kgm -3 d -1 ，COD 去除率基本保持在 87%~94%之间，出水 VFA 浓度基本保持在 3~5mmol/L 之间，产 CH 4 量达到 45 L/d，产气率为 6.43L/Ld。这个阶段，随着有机负荷的提高，UASB 反应器的出水碱度由 1600 mg/L 提升到 2500 mg/L，这说明厌氧系统具有很好的缓冲能力，当进水 pH 值下降至 4.50 后， 出水 pH 值仍然保持在 7.20~7.90 之间。 在负荷提高阶段后期，UASB 反应器中出现了一定量的颗粒状污泥。 至此， 可以认为 UASB 反应器启动完成。

在酸性有机废水的厌氧处理上，Brummeler [7] 在pH 值为 6.00 时以乙酸、丙酸混合物为进水成功启动运行 UASB 反应器，但是对 COD 的去除率不高，在8 kgm -3 d -1 的有机负荷下， 出水COD高于1000 mg/L。而本研究实现了木薯酒精酸性废水（pH 值约为 4.50）不经调节pH值直接进入UASB反应器进行厌氧处理，并将有机负荷提高到 10.54 kgm -3 d -1 ，COD 去除率达到 85%以上。

1.3.4有机负荷和出水碱度的变化

一般地认为，厌氧处理中产酸阶段在产酸菌的作用下把溶解性的基质转化为 VFA、氢气和 CO 2 ，而后在产甲烷阶段将上步的产物转化为 CH 4 、CO 2 和新的细胞物质。在产甲烷阶段，当反应器中没有足够碱度中和 VFA，未分解的 VFA 会抑制产甲烷菌 [8~9] 。在厌氧反应器中，为维持中性 pH 值，必须维持较高的碱度，传统理论认为一般需要 1000~5000 mg/L 的碱度 [10]

1.4 结论

1 在低pH 值进水条件下，采用 UASB 反应器对木薯酒精废水进行厌氧处理，厌氧菌依然对废水具有很好的适应能力和降解能力。

2 在 UASB 反应器达到较高有机负荷，为 10.00kgm -3 d -1 时，UASB 能够维持较高的碱度，约为 2500mg/L， 缓冲能力较好， 采用出水回流方法， 使酸性(pH值4.50)木薯酒精废水能够不调节pH 值直接进入反应器进行厌氧生物处理。

3 UASB 反应器稳定运行期间， 选择适当的回流比能够取得更好的处理效果。当回流比为 1:2 时，VFA现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2009, Vol.25, No.154浓度在 5.80~7.20 mmol/L 之间，COD 的去除率在85%~87%之间；降低回流比至 1:1，出水 VFA 逐渐降低并稳定在 2~4 mmol/L，COD 去除率也开始上升并稳定在 90%以上，没有观察到污泥流失发生。

1.4参考文献

[1] 程序.发展木薯酒精生产必须重视废液治理问题[J].中国热带农业,2006,5:11.

[2] 胡纪萃,周孟津,左剑恶,等.废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2003:12-13.

[3] 王凯军,秦人伟.发酵工业废水处理[M].北京:化学工业出版社,2000:151-185.

[4] 徐富,程鑫,邓瑞举,等.UASB 工艺处理木薯酒精废水的厌氧研究[J].承德石油高等专科学校学报, 2006,8(4):13-16.

[5] 贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京:中国轻工业出版社,1998:503-537.

[6] 吴锦.工业废水分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,1987:103-111.

[7] Brummeler E T, Hulshoff P L W, Dolfing J, et al.Methanogenesis in an Upflow Anaerobic Sludge BlanketReactor at pH on an Acetate-Propionate Mixture [J]. Appl.Env. Micro. 1985,(6):1472-1477.

[8] L Florencio. Substrate competition between methanogens andacetogens during the degradation of methanol in UASBreactors [J]. Wat. Res., 1995,29(3):915-922.

[9] R Blaszczyk. Response and recovery of anaerobic granulesfrom shock Loading [J]. Water Environ. Res., 1994,28, 675-680.

[10] 许保玖,龙腾锐.当代给水与废水处理原理[M].北京:高等教育出版社,2000:527.